浅谈自愈网络的常用保护方式
朱 锋
中国电信股份有限公司盐城分公司网络操作维护中心
摘 要：为了提高网络的安全性和网络的生存能力，从而产生了自愈网的概念。本文首先介绍了自愈网概念及其分类，其次分析了自愈网络中三种常用的保护方式并进行比较；最后将三种常用保护方式应用于某银行大客户组网案例中。 关键词：自愈网 保护方式 复用段 子网连接保护 组网 1 引言
以互联网为核心的数据业务需求和各种新支撑技术的发展促进了电信网络发展。传输网作为各种业务网的传送载体，是整个电信网络的基础，其网络的好坏直接影响到各种业务的发展。传输网络中的安全性问题日益受到维护人员的关注。为了提高网络的安全性和可靠性，要求网络有较高的生存能力，从而产生了自愈网的概念。本文根据自身日常网络维护工作经验，在对光网络的常用保护机制分析的基础上进行总结，为以后传输网络维护工作积累经验。 2 自愈网络简介 2.1 自愈网络概念
自愈网是指在网络出现意外故障时，无需人工干预的情况下，网络能够在极短的时间（ITU-T规定为50ms以内）内自动切换到保护路由，重新建立业务连接关系，从而实现自动恢复所携带的业务的功能[1]。在自动恢复过程中，各种业务不会中断，仍旧传输通畅，用户几乎感觉不到网络出了故障。具备自愈功能的通信网络采用多路由的网络拓扑方式，这不仅提高了网络的生存能力，而且降低了倒换所需备用路由的成本，是现代网络规划和设计的关键因素之一。
为了提高传送网络的可用性，自愈网通常根据故障性能劣化检测或外部（如网管）要求来进行保护和恢复动作。保护定义为使用节点之间预先安排好的容量来替代故障或劣化的传送实体。恢复由使用节点之间的任何可能利用的容量来完成。
2.2 自愈网络分类
自愈网按网络拓扑和保护段层可划分为：线性复用段保护MSP、环形网络保护和子网连接保护SNCP[2]。线性复用段保护包括1+1线性复用段保护和1：N线性复用段保护。环形网络包括复用段保护环和通道保护环。复用段保护环，业务量的保护是以复用段为基础的，根据每对节点间的复用段信号质量的优劣来决定倒换与否。通道保护环包括两纤单向通道保护环和两纤双向通道保护环。通道保护环，业务量的保护是以通道为基础的，根据离开环的个别通道信号质量的优劣来决定倒换与否，通常利用简单的通道告警指示信号来决定是否应进行倒换。复用段保护环包括两纤单向复用段共享保护环、两纤双向复用段共享保护环和四纤双向复用段保护环[3-5]。 3 自愈网络保护机理
下面介绍1+1线性复用段保护、两纤双向复用段共享保护和子网连接保护等三种常用保护方式的保护机理。 3.1 1+1线性复用段保护
线性保护为某个或某些工作单元，配备完全不同的保护单元。1+1线性复用段保护方式的结构如图1所示，其保护系统和工作系统在发送端两路信号是并发的，接收端对收到的两路信号进行择优选取。在正常情况下，接收端仅从工作路由选收业务信号。当工作路由故障时，接收端将倒换到保护路由选收业务信号。
图1 1+1线性复用段保护结构图
按照倒换和恢复方式的不同，1+1线性复用段保护分为单端倒换和双端倒换，以及恢复式和非恢复式，因此1+1线性复用段保护和恢复方式有四种：单端倒换非恢复式、单端倒换恢复式、双端倒换非恢复式、双端倒换恢复式。图2是1+1线性复用段保护工作原理示
意图，图2(a)是倒换前网元工作状态，图2(b)是单端倒换后的网元工作状态，图2(c)是双端倒换后的网元工作状态。倒换前，信源端将业务信号在工作路由和保护路由上进行双发，信宿端接收工作路由的业务信号。当信源端工作路由故障时，信宿端通过切换，选收保护路由中的业务信号，使得业务信号得以恢复，这种倒换方式称为1+1单端倒换；而信源、信宿端同时通过切换选收保护路由中的业务信号，即故障两侧的节点要同时倒换，使得业务信号得以恢复，这种倒换方式称为1+1双端倒换。1+1单端倒换不需要APS 协议（自动保护倒换协议），1+1双端倒换则需要APS 协议的支持。
图2 1+1线性复用段保护工作原理示意图
在日常维护中，应尽量使用1+1单端倒换恢复的方式，这种方式倒换迅速可靠，且不涉及K字节，实现简单，特别适合不同厂家之间的业务光路对接。 3.2 两纤双向复用段共享保护
两纤双向复用段共享保护是利用光纤容量的一半作为工作信道，另一半作为保护信道。对于两根光纤来说，一根光纤的保护信道用于保护另一根光纤的工作信道。 还可以用来传送额外业务，在发生倒换时，额外业务将被抛弃。
正常情况下，如图3(a)所示，从网元A到网元C的业务信号沿S1/P2光纤按顺时针方向传输，而从网元C到网元A的业务信号则沿S2/P1光纤按逆时针方向传输。若网元B与网元C之间的两根光纤同时发生故障，如图3(b)所示，网元B与网元C的倒换开关将S1/P2光纤与S2/P1光纤沟通，在网元B将从网元A沿S1/P2光纤发送的业务信号时隙转移到S2/P1光纤的保护时隙，沿S2/P1传送到网元C。在网元C将从本网元沿S2/P1光纤送出的业务信号时隙移到S1/P2光纤的保护时隙，沿S1/P2光纤传送到网元A。
图3 两纤双向复用段共享保护环
两纤双向复用段共享环的保护倒换属于双端倒换，即故障两侧的网元要同时倒换，所以需要APS协议支持。在ITU -T建议G.783的附件A中给出了K1和K2字节用作复用段保护的APS信令，以及这两个字节的比特分配和面向比特的协议。由于双向倒换需要APS协议支持，APS协议实现起来比较复杂，且发生倒换时由于涉及到环上各网元的APS协议的通信过程，所以在倒换时间上，双向倒换比单向倒换要长，但环中的业务保护倒换时间仍远小于ITU-T建议规定的50ms时间。双向倒换对传输设备的软硬件要求都高。两纤双向复用段共享保护完全是一种网络级的保护，其本质不是直接针对某条业务进行保护，即便整个环网没有一条业务，环的倒换与恢复也不会受影响。 3.3 子网连接保护（SNCP）
子网连接保护是当工作子网连接发生故障或当性能低于要求的水平时，由一保护子网连接来替换工作子网连接，结构如图4所示。子网连接保护可用于网络中的任何层，被保护的子网连接可以进一步由低等级的子网连接和链路连接级联而成。子网连接保护是基于业务的，采用1+1保护方式，具有双发选收的特点。与通道环类似，子网连接保护无站间协议，保护的所有检测、倒换动作，都是单站完成的。
图4 子网连接保护结构图
图5 子网连接保护倒换示意图
正常情况下，如图5(a)所示，从网元A到网元E的业务信号和从网元E到网元A的业务信号都是沿S1光纤按逆时针方向传输的。若网元A与网元B之间的两根光纤同时发生故障，如图5(b)所示，网元C的倒换开关将选择接收P1 光纤传送来的业务信号。
子网连接保护方式稳定性高，业务配置灵活多变。相对通道环而言，子网连接保护更加具有优势：通道保护对于出环业务的保护能力较弱，子网连接保护可对跨子网业务进行保护，还可以提供环带链、环相切和环相交等复杂组网形式下的保护。从保护形式上看，子网连接保护是通道保护的扩充。 3.4 三种常用保护方式的比较
在上述分析的基础上给出1+1线性复用段保护、两纤双向复用段共享保护和子网连接保护等三种常用保护方式在APS协议、业务类型、自愈结构、适用的网络拓扑结构等方面的比较，具体内容如表1所示。